電子課件《模具材料與熱處理(第二版)》

1、電子課件模具材料與熱處理(第二版)電子課件模具材料與熱處理(第二版) 金屬材料是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。在機(jī)械制造中，大多數(shù)零件都是由各種金屬材料制成的。零件的工作條件和加工方法不同，必然會(huì)對(duì)金屬材料提出各種不同的性能要求。因此，研究金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，是了解金屬材料性能、正確選用材料、合理確定金屬加工方法的基礎(chǔ)。 金屬材料是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要第一節(jié) 金屬材料的分類第一節(jié) 金屬材料的分類 金屬是指在常溫、常壓下，在游離狀態(tài)下呈不透明的固體狀態(tài)，具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，有一定強(qiáng)度和韌性，并具有特殊光澤的物質(zhì)，如金、銀、銅、鐵、錳、鋅、鋁等。 金屬材料

2、是由金屬元素或以金屬元素為主，其他金屬元素或非金屬元素為輔構(gòu)成的，并具有金屬特性的工程材料。金屬材料包括純金屬、合金、金屬化合物和特種金屬材料等。 金屬是指在常溫、常壓下，在游離狀態(tài)下呈不透 純金屬的強(qiáng)度與硬度一般都較低，塑性與韌性較好，在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的用途，但由于純金屬的冶煉技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此，純金屬在使用上受到較大限制。 合金是指由兩種或兩種以上的金屬元素或金屬與非金屬元素組成的金屬材料。如碳素鋼是由鐵和碳組成的合金，普通黃銅是由銅和鋅兩種金屬元素組成的合金等。 純金屬的強(qiáng)度與硬度一般都較低，塑性與韌性較好 金屬化合物是指合金中各種元素之間發(fā)生相互作用而形成的一種具有金屬特性的物

3、質(zhì)。金屬化合物具有熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大的特性。當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能提高合金的硬度和耐磨性，但塑性和韌性會(huì)降低。 特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。其中有通過快速冷凝工藝獲得的非晶態(tài)金屬材料，以及準(zhǔn)晶、微晶、納米晶金屬材料等；還有隱身、抗氫、超導(dǎo)、形狀記憶、耐磨、減振阻尼等特殊功能合金，以及金屬基復(fù)合材料等。 金屬化合物是指合金中各種元素之間發(fā)生相互作用金屬材料的分類 金屬材料通?？煞譃楹谏饘俸陀猩饘賰纱箢?，如圖所示。金屬材料的分類 金屬材料通常可分為黑色金屬和有第二節(jié) 金屬晶體結(jié)構(gòu)第二節(jié) 金屬晶體結(jié)構(gòu)一、晶體與非晶體 晶體是指其組成微粒(原子、離子或分子)

4、 呈規(guī)則排列的物質(zhì)，如圖所示。晶體具有固定的熔點(diǎn)和凝固點(diǎn)、規(guī)則的幾何外形和各向異性等特點(diǎn)，如金剛石、石墨及一般固態(tài)金屬材料等都是晶體。 非晶體是指其組成微粒無規(guī)則地散亂堆積在一起的物質(zhì)，如玻璃、瀝青、石蠟、松香等都是非晶體。非晶體沒有固定的熔點(diǎn)，而且性能具有各向同性。 固態(tài)物質(zhì)可分為晶體與非晶體兩類。晶體中原子的排列情況一、晶體與非晶體 晶體是指其組成微粒(原子、離1.晶格 為了便于描述和理解晶體中原子在三維空間排列的規(guī)律性，人們把晶體內(nèi)部的原子近似看成剛性的質(zhì)點(diǎn)，用假想的直線將各質(zhì)點(diǎn)中心連接起來，形成一個(gè)空間格子，如圖所示，這種抽象地用于描述原子在晶體中排列形式的空間幾何格子稱為晶格。 晶格

5、1.晶格 為了便于描述和理解晶體中原子在三維空2.晶胞 根據(jù)晶體中原子排列規(guī)律性和周期性的特點(diǎn)，通常從晶格中選取一個(gè)能充分反映原子排列特點(diǎn)的最小幾何單元進(jìn)行分析，這個(gè)反映晶格特征、具有代表性的最小幾何單元稱為晶胞，如圖所示。 晶胞2.晶胞 根據(jù)晶體中原子排列規(guī)律性和周期性的特二、常見金屬晶格的類型1.體心立方晶格 體心立方晶格的晶胞是立方體，立方體的8個(gè)頂角和中心各有一個(gè)原子，每個(gè)晶胞實(shí)有原子數(shù)是兩個(gè)（1/88+1=2），如圖所示。具有這種晶格的金屬有Fe、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釩(V)、鈮(Nb)等約30種。 原子排列模型 晶胞 原子個(gè)數(shù) 原子排列模型 晶胞 原子個(gè)數(shù)二、常見金屬

6、晶格的類型1.體心立方晶格 體心立2. 面心立方晶體 面心立方晶格的晶胞也是立方體，立方體的八個(gè)頂角和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子，每個(gè)晶胞實(shí)有原子數(shù)是四個(gè)（1/88+1/26=4），如圖所示。具有這種晶格的金屬有Fe、金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉛(Pb)等。 原子排列模型 晶胞 原子個(gè)數(shù)2. 面心立方晶體 面心立方晶格的晶胞也是立方3.密排六方晶格 密排六方晶格的晶胞是六方柱體,在六方柱體的12個(gè)頂角和上、下底面中心各有一個(gè)原子。另外在上、下面之間還有三個(gè)原子，因此，每個(gè)晶胞實(shí)有原子數(shù)是6個(gè)（1/612+1/22+3=6），如圖所示。具有這種晶格的金屬有Ti、鎂

7、(Mg)、鋅(Zn)、鈹(Be)、鎘(Cd)等。 原子排列模型 晶胞 原子個(gè)數(shù)3.密排六方晶格 密排六方晶格的三、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)1.單晶體與多晶體 原子從一個(gè)核心(或晶核) 按同一方向進(jìn)行排列生長而形成的晶體稱為單晶體；實(shí)際使用的金屬材料通常是由許多不同位向的小晶體組成的，稱為多晶體；這些小晶體往往呈顆粒狀，不具有規(guī)則的外形，故稱為晶粒；晶粒與晶粒之間的界面稱為晶界。 單晶體 多晶體三、金屬的實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)1.單晶體與多晶體 原子 晶體的各向異性 晶體具有各向異性，沿著一個(gè)晶體的不同方向所測得的性能是不同的(如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、彈性、強(qiáng)度、光學(xué)數(shù)據(jù)和外表面的化學(xué)性質(zhì)等)，表現(xiàn)出或大或

8、小的差異。稱為各向異性或異向性。晶體的異向性是因其原子的規(guī)律排列而造成的。提示： 晶體的各向2.晶體的結(jié)構(gòu)缺陷 按照晶體缺陷的幾何形態(tài)特征，常見的晶體缺陷有點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷三種，其對(duì)性能的影響見下表。 類型名稱 缺陷示意圖 說明 對(duì)性能影響點(diǎn)缺陷間隙原子 晶體在三維方向上尺寸很小，不超過幾個(gè)原子直徑的缺陷，常見的點(diǎn)缺陷有間隙原子、空位原子和置代原子 在宏觀上，使材料的強(qiáng)度、硬度和電阻增加，同時(shí)使處于缺陷處的原子易于移動(dòng)空位 原子置代 原子 線缺陷刃位錯(cuò) 晶體某一平面中呈線狀分布的缺陷，它的具體形式為位錯(cuò)，最常見的位錯(cuò)為刃位錯(cuò) 在位錯(cuò)周圍，由于錯(cuò)排晶格產(chǎn)生較嚴(yán)重的畸變，所以內(nèi)應(yīng)力較大。位錯(cuò)

9、很容易在晶體中移動(dòng)，位錯(cuò)的存在在宏觀上表現(xiàn)為使金屬材料的塑性變形更加容易 常見的晶體缺陷及影響2.晶體的結(jié)構(gòu)缺陷 按照晶體缺陷的幾何形態(tài)特征 類型名稱 缺陷示意圖 說明 對(duì)性能影響面缺陷 晶界 面缺陷是指在晶體的空間中分布著的較大的缺陷，常見的面缺陷有金屬晶體中的晶界和亞晶界 晶界處的原子排列極不規(guī)則，使晶格畸變處于不穩(wěn)定狀態(tài)，高溫下晶界處的原子極易擴(kuò)散。而在常溫下，晶界使金屬的塑性變形阻力增大 在宏觀上表現(xiàn)為晶界比晶粒內(nèi)部具有更高的強(qiáng)度和硬度。因此，晶界越多，金屬材料的力學(xué)性能越好亞晶界 類型名稱 缺陷示意圖 第三節(jié) 純金屬的結(jié)晶第三節(jié) 純金屬的結(jié)晶 大多數(shù)金屬都是經(jīng)過熔化、冶煉和澆注獲得的

10、。金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝固。通過凝固形成晶體的過程稱為結(jié)晶，也就是金屬從高溫液體狀態(tài)冷卻凝固為原子有序排列的固體狀態(tài)的過程。這一過程實(shí)際上是原子由一個(gè)高能量級(jí)向一個(gè)較低能量級(jí)轉(zhuǎn)變的過程，所以在結(jié)晶過程中會(huì)放出一定的熱量，稱為結(jié)晶潛熱。 大多數(shù)金屬都是經(jīng)過熔化、冶煉和澆注獲得的。金一、冷卻曲線與過冷度 純金屬的結(jié)晶是在一定溫度下進(jìn)行的，人們把金屬結(jié)晶時(shí)溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線稱為冷卻曲線，如圖所示。 純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線一、冷卻曲線與過冷度 純金屬的結(jié)晶是在一定溫度 從冷卻曲線上可以看出，液體金屬隨著時(shí)間的推移，溫度逐漸下降，當(dāng)冷卻到某一溫度時(shí)，在冷卻曲線上出現(xiàn)一水平線段，這個(gè)水平線段所

11、對(duì)應(yīng)的溫度就是金屬的理論結(jié)晶溫度T0，但金屬在實(shí)際結(jié)晶過程中，液態(tài)金屬冷卻到理論結(jié)晶溫度T0以下的某一溫度T1時(shí)才開始結(jié)晶，這種現(xiàn)象稱為過冷。理論結(jié)晶溫度T0與實(shí)際結(jié)晶溫度T1之差T稱為過冷度。 從冷卻曲線上可以看出，液體金屬隨著時(shí)間的推移 液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是一個(gè)晶核形成及晶核長大的過程。當(dāng)液態(tài)金屬緩慢地冷到結(jié)晶溫度以后，經(jīng)過一定時(shí)間，首先形成一些極細(xì)小的微小晶體，稱為晶核。二、金屬的結(jié)晶過程 純金屬結(jié)晶過程 液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是一個(gè)晶核形成及晶核長大的 晶核長大的實(shí)質(zhì)是原子由液體向固體表面轉(zhuǎn)移的過程。純金屬結(jié)晶時(shí)，晶核長大方式主要有平面長大方式和枝晶長大方式兩種。 枝晶狀晶體成長 晶核長大

12、的實(shí)質(zhì)是原子由液體向固體表面轉(zhuǎn)移的過程三、晶粒度的控制1.決定晶粒度的因素 金屬結(jié)晶時(shí)，每個(gè)晶粒都是由晶核長大而成的，晶粒的大小與形核率及生長速率有關(guān)，如圖所示。形核率、生長速率和過冷度的關(guān)系三、晶粒度的控制1.決定晶粒度的因素 金屬結(jié)晶2.控制晶粒度的方法（1）增加過冷度 隨著過冷度的增加，形核率和生長速率都會(huì)增加，但形核率增加比生長速率增加要快，所以產(chǎn)生的晶核數(shù)目增加。因此，通過加快冷卻速度，即增加過冷度，可使晶粒細(xì)化。2.控制晶粒度的方法（1）增加過冷度 隨著過冷（2） 變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬中加入變質(zhì)劑(高熔點(diǎn)的固體微粒)，以增加晶核的數(shù)目，從而細(xì)化晶粒，這種方法稱為變質(zhì)處理。變質(zhì)處理在

13、生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，特別對(duì)體積大的金屬很難獲得大的過冷度時(shí)，采用變質(zhì)處理可有效地細(xì)化晶粒。（2） 變質(zhì)處理 在液態(tài)金屬中加入變質(zhì)劑(高熔（3）附加振動(dòng) 在金屬結(jié)晶時(shí)施以機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)、超聲波振動(dòng)等方法，可使金屬在結(jié)晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核數(shù)目，起到細(xì)化晶粒的目的。（3）附加振動(dòng) 在金屬結(jié)晶時(shí)施以機(jī)械振動(dòng)、電磁四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 大多數(shù)金屬結(jié)晶完成后晶格類型就不會(huì)再發(fā)生變化，但也有少量金屬(如鐵、鈷、鈦、錫、錳等) 在結(jié)晶為固態(tài)后，再繼續(xù)冷卻時(shí)其晶格類型還會(huì)發(fā)生變化。金屬在固態(tài)下隨著溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變成另一種晶格的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變或同素異晶轉(zhuǎn)變。四、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 大多數(shù)金屬結(jié)晶

14、完成后晶格類型 如圖所示，液態(tài)純鐵在1538進(jìn)行結(jié)晶，得到具有體心立方晶格的Fe繼續(xù)冷卻到1394時(shí),發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，由體心立方晶格的Fe轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦腇e再冷卻到912時(shí)，由面心立方晶格的Fe轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格的Fe上述轉(zhuǎn)變過程可由下式表示:純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變冷卻曲線圖 如圖所示，液態(tài)純鐵在1538進(jìn)行結(jié)晶，得到 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵材料的一個(gè)重要特性，也是鋼鐵材料能夠進(jìn)行熱處理的理論依據(jù)。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是通過原子的重新排列來完成的，這一過程類似隊(duì)列變換，具有以下特點(diǎn): . 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是由晶核形成和晶核長大兩個(gè)基本過程完成的，新晶核優(yōu)先在原晶界處生成。 . 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也有過冷(或過熱

15、)現(xiàn)象，而且轉(zhuǎn)變過程中具有較大的過冷度(或過熱度)。 . 在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中有相變潛熱產(chǎn)生，在冷卻曲線上也出現(xiàn)了水平線段，但這種轉(zhuǎn)變是在固態(tài)下進(jìn)行的。 . 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)常伴有金屬的體積變化，并產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，這是鋼熱處理時(shí)導(dǎo)致工件變形和開裂的重要原因。 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵材料的一個(gè)重要特性，也是鋼 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與金屬結(jié)晶過程的異同相同點(diǎn): . 有一定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時(shí)有過冷現(xiàn)象。. 放出和吸收潛熱。. 轉(zhuǎn)變過程也是一個(gè)形核和晶核長大的過程。不同點(diǎn): . 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，新的晶核優(yōu)先在原來晶粒的晶界處形核。. 晶格的變化伴隨著金屬體積的變化，轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi) 應(yīng)力。提示： 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變

16、與金屬結(jié)晶過程第四節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)第四節(jié)合金的晶體結(jié)構(gòu)一、基本概念1.合金 合金是指以一種金屬為基礎(chǔ)，加入其他金屬或非金屬，經(jīng)過熔煉、燒結(jié)或用其他方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。2.組元 組成合金的最簡單、最基本且能夠單獨(dú)存在的物質(zhì)稱為組元。一般來說，組元就是組成合金的元素。但有時(shí)也可將穩(wěn)定的化合物作為組元，如Fe3C等。根據(jù)組成合金組元數(shù)目的多少，合金可以分為二元合金、三元合金和多元合金。一、基本概念1.合金 合金是指以一種金屬為基礎(chǔ)3.合金系 組元相同、按不同比例配制而成的一系列不同化學(xué)成分的所有合金稱為合金系，如黃銅是銅與鋅組成的二元合金系。4.相 在金屬或合金中，凡化學(xué)成分相同、晶體

17、結(jié)構(gòu)相同并與其他部分有界面分開的均勻組成部分稱為相。合金中相與相之間有明顯的界面，液態(tài)合金通常都為單相液體。固態(tài)下，由一個(gè)固相組成時(shí)稱為單相合金，由兩個(gè)以上固相組成時(shí)稱為多相合金。3.合金系 組元相同、按不同比例配制而成的一系5.組織 合金的組織是指用肉眼或借助于顯微鏡所觀察到的合金的相組成及相的數(shù)量、形態(tài)、大小、分布特征。組織可以由一種相組成，也可以由多種相組成。 由于合金的性能取決于組織，而組織又首先取決于合金中的相，所以，為了了解合金的組織和性能，首先必須了解合金的晶體結(jié)構(gòu)。5.組織 合金的組織是指用肉眼或借助于顯微鏡所二、合金晶體結(jié)構(gòu) 根據(jù)合金中各組元之間結(jié)合方式的不同 合金的組織可分

18、為固溶體、金屬化合物和機(jī)械混合物三類。二、合金晶體結(jié)構(gòu) 根據(jù)合金中各組元之間結(jié)合方式1.固溶體 合金結(jié)晶時(shí)若組元相互溶解所形成的固相晶體結(jié)構(gòu)與組成合金的某一組元相同，則這類固相稱為固溶體。固溶體中含量較多的組元稱為溶劑。固溶體用 等符號(hào)表示。根據(jù)溶質(zhì)原子在溶劑晶格中所占位置的不同，可將固溶體分為置換固溶體和間隙固溶體。1.固溶體 合金結(jié)晶時(shí)若組元相互溶解所形成的固（1）置換固溶體 溶質(zhì)原子占據(jù)了溶劑原子晶格中的某些節(jié)點(diǎn)位置而形成的固溶體稱為置換固溶體，如圖所示。溶質(zhì)與溶劑原子半徑相當(dāng)時(shí)，易形成置換固溶體，置換固溶體既可以是有限固溶體也可以是無限固溶體。 置換固溶體 （1）置換固溶體 溶質(zhì)原子占

19、據(jù)了溶劑原子晶格中（2）間隙固溶體 溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙所形成的固溶體稱為間隙固溶體，如圖所示。溶質(zhì)原子是半徑很小的非金屬元素，當(dāng)溶質(zhì)與溶劑原子半徑之比小于0.59時(shí)，容,易形成間隙固溶體。由于溶劑晶格中間隙的尺寸和數(shù)量是一定的，因此間隙固溶體只能是有限固溶體。 間隙固溶體 （2）間隙固溶體 溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格間隙所形 無論是置換固溶體還是間隙固溶體，在其形成過程中都會(huì)導(dǎo)致固溶體的晶格發(fā)生畸變，如圖所示。對(duì)于置換固溶體，溶質(zhì)原子較大時(shí)造成正畸變，較小時(shí)引起負(fù)畸變，形成間隙固溶體時(shí)總是產(chǎn)生正畸變。顯然，原子尺寸差別越大，溶劑中溶入的溶質(zhì)原子數(shù)越多，所形成的固溶體的晶格畸變?cè)絿?yán)重。 間隙固溶

20、體 置換固溶體 無論是置換固溶體還是間隙固溶體，在其形成過程2.金屬化合物 金屬化合物是指金屬組元間相互作用而生成的具有金屬特性的一種新相。其晶格類型不同于它的任一組元，而是形成一種具有自己獨(dú)特晶體結(jié)構(gòu)的新相，也稱中間相，具有熔點(diǎn)高、硬而脆的特點(diǎn)。合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，通常能顯著提高合金的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但塑性和韌性也會(huì)明顯地降低。2.金屬化合物 金屬化合物是指金屬組元間相互作提示： 彌散強(qiáng)化 當(dāng)金屬化合物以細(xì)小的顆粒狀形式均勻地分布在固溶體基體上時(shí)，將導(dǎo)致合金材料的強(qiáng)度、硬度和耐磨性顯著提高。但塑性和韌性會(huì)有所下降的現(xiàn)象，稱為彌散強(qiáng)化。 在實(shí)際生產(chǎn)中，通過調(diào)整合金中金屬化合物的數(shù)量、大

21、小、形態(tài)和分布狀況，可使合金的力學(xué)性能發(fā)生變化，以滿足不同使用要求。提示： 3.機(jī)械混合物 固溶體和金屬化合物均是組成合金的基本相，由兩相或兩相以上組成的多相組織稱為機(jī)械混合物。3.機(jī)械混合物 固溶體和金屬化合物均是組成合金三、合金結(jié)晶過程 合金的結(jié)晶過程中具有以下特點(diǎn): 1.純金屬的結(jié)晶是在恒溫下進(jìn)行的，只有一個(gè)結(jié)晶溫度，而絕大多數(shù)合金的結(jié)晶是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。一般結(jié)晶的開始溫度與終止溫度是不同的，即有兩個(gè)結(jié)晶溫度。 2.合金在結(jié)晶過程中，在局部范圍內(nèi)相的化學(xué)成分有差異。但當(dāng)結(jié)晶終止后，整個(gè)晶體的平均化學(xué)成分與原合金的化學(xué)成分相同。 3.合金結(jié)晶后一般有三種情況: 第一種情況是形成單相

22、固溶體；第二種情況是形成單相金屬化合物或同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物；第三種情況是結(jié)晶開始時(shí)形成單相固溶體，剩余液體又同時(shí)結(jié)晶出兩相機(jī)械混合物。三、合金結(jié)晶過程 合金的結(jié)晶過程中具有以下特點(diǎn)提示： 共晶轉(zhuǎn)變與共析轉(zhuǎn)變 從一定化學(xué)成分的液體合金中同時(shí)結(jié)晶出兩種不同成分和不同晶體結(jié)構(gòu)的固相過程稱為共晶轉(zhuǎn)變，其結(jié)晶產(chǎn)物稱為共晶體。實(shí)踐證明，共晶轉(zhuǎn)變是在恒溫下進(jìn)行的。 在固態(tài)下由一種單相固溶體同時(shí)析出兩種化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的轉(zhuǎn)變過程稱為共析轉(zhuǎn)變，共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變一樣，也是在恒溫條件下進(jìn)行的。提示： 第五節(jié)金屬材料的力學(xué)性能第五節(jié)金屬材料的力學(xué)性能 所謂使用性能，是指金屬材料在使用條件下表

23、現(xiàn)出來的性能，它包括力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞決定了它的使用范圍與使用壽命。工藝性能是指金屬材料在加工制造過程中適應(yīng)各種冷加工和熱加工的性能。金屬材料工藝性能的好壞決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。 金屬材料的力學(xué)性能指標(biāo)主要有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度等。 所謂使用性能，是指金屬材料在使用條件下表現(xiàn)出一、強(qiáng)度與塑性 金屬材料在靜荷作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。塑性是指金屬材料在斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。 根據(jù)載荷的作用方式不同，強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。一、強(qiáng)度與塑性 金屬材料在靜荷作用下抵抗永久變形1.拉

24、伸試驗(yàn) 拉伸試驗(yàn)是指利用拉伸試驗(yàn)機(jī)在靜拉力的作用下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行軸向拉伸，同時(shí)連續(xù)測量變化的載荷及對(duì)應(yīng)的試樣伸長量，直至斷裂，并根據(jù)測得的數(shù)據(jù)計(jì)算出有關(guān)的力學(xué)性能指標(biāo)。 拉伸試驗(yàn)機(jī)1.拉伸試驗(yàn) 拉伸試驗(yàn)是指利用拉伸試驗(yàn)機(jī)在靜拉（1）拉伸試樣 拉伸試樣必須按此規(guī)定進(jìn)行制作，拉伸試樣分為短拉伸試樣（L0=5d0）和長拉伸試樣（L0=10d0）兩種。一般工程上采用短拉伸試樣。如圖所示為圓柱形比例拉伸試樣。 圓柱形拉伸試樣 拉伸前 拉伸后（1）拉伸試樣 拉伸試樣必須按此規(guī)定進(jìn)行制（2）力伸長曲線 如圖所示為低碳鋼的力伸長曲線，圖中縱坐標(biāo)表示拉伸力F，橫坐標(biāo)表示伸長量，從圖中可以看出，試樣從開始拉伸到斷

25、裂要經(jīng)過彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段、縮頸與斷裂四個(gè)階段。（2）力伸長曲線 如圖所示為低碳鋼的力伸 低碳鋼的力伸長曲線 低碳鋼的力伸長曲線2.強(qiáng)度指標(biāo) （1）屈服強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度是指試樣在拉伸試驗(yàn)過程中力不增加(保持恒定) 而仍能繼續(xù)伸長(變形)時(shí)的應(yīng)力，屈服強(qiáng)度分為上屈服強(qiáng)度ReH和下屈服強(qiáng)ReL。在金屬材料中，一般用下屈服強(qiáng)度代表其屈服強(qiáng)度，計(jì)算公式如下: 式中ReL試樣的下屈服強(qiáng)度，MPa； FeL試樣屈服時(shí)的最小載荷，； So 試樣原始橫截面積，mm2.強(qiáng)度指標(biāo) （1）屈服強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度是指 （2）抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度是指拉伸試樣斷裂前所能承受的最大拉應(yīng)力，用符號(hào)表示，其計(jì)算公式如下:

26、式中Rm 抗拉強(qiáng)度，MPa; Fm 試樣拉斷前承受的最大載荷，N; So 試樣原始橫截面積， （2）抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度是指拉伸試樣斷裂前（3）剛度 材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力稱為剛度,它表示材料彈性變形的難易程度。材料剛度的大小一般用彈性模量E和切變模量G來評(píng)價(jià)。（3）剛度 材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力稱為3.塑性指標(biāo) （1）斷后伸長率 拉伸試樣在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，在力的作用下產(chǎn)生塑性變形，原始拉伸試樣中的標(biāo)距會(huì)不斷伸長。拉伸試樣拉斷后的標(biāo)距伸長量與原始標(biāo)距的百分比稱為斷后伸長率，用符號(hào)A表示，其計(jì)算公式如下:式中Lo試樣原始標(biāo)距長度，mm Lu試樣拉斷后的標(biāo)距長度，mm3.塑性指標(biāo) （1

27、）斷后伸長率 拉伸試樣在進(jìn)行 （2）斷面收縮率 斷面收縮率是指拉伸試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，用符號(hào)Z表示，其計(jì)算公式如下:式中So試樣原始橫截面積，mm； Su試樣拉斷后縮頸處的橫截面積，mm。 （2）斷面收縮率 斷面收縮率是指拉伸試樣拉斷4.強(qiáng)度與塑性計(jì)算 有一根d=10mm，Lo=100mm的低碳鋼試樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)測得FeL=21KN，F(xiàn)m29KN，du=5.65mm，Lu138mm，求此試樣的ReL、Rm、A11.3和Zo4.強(qiáng)度與塑性計(jì)算 有一根d=10mm，Lo=電子課件模具材料與熱處理(第二版)二、硬度 硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性

28、變形、壓痕或劃痕形成的永久變形的能力。它是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標(biāo)，硬度越高，材料的耐磨性越好。二、硬度 硬度是指金屬材料抵抗局部變形，特別是 硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等，目前生產(chǎn)中最常用的是壓入法，即在規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)力作用下，將一定幾何形狀的壓頭壓入被測試的金屬材料表面，根據(jù)壓痕的面積大小或深度大小來測定其硬度值。 在壓入法中，根據(jù)載荷、壓頭和表示方法的不同，常用的方法有布氏硬度試驗(yàn)法、洛氏硬度試驗(yàn)法和維氏硬度試驗(yàn)法。如圖所示為測試硬度時(shí)常用的三種硬度試驗(yàn)機(jī)。 硬度測定方法有壓入法、劃痕法、回彈高度法等 硬度試驗(yàn)機(jī)) 布氏硬度試驗(yàn)機(jī) ) 洛氏硬度試驗(yàn)機(jī) ) 維氏硬度

29、試驗(yàn)機(jī) 1.布氏硬度 （1）試驗(yàn)原理 對(duì)一定直徑的硬質(zhì)合金球施加試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除試驗(yàn)力，測量試樣表面壓痕的直徑d來計(jì)算其硬度值，如圖所示。布氏硬度試驗(yàn)原理圖1.布氏硬度 （1）試驗(yàn)原理 對(duì)一定直徑的硬質(zhì) 布氏硬度值是用球面壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示的，用符號(hào)HBW表示，單位為MPa(一般不標(biāo)出)，其計(jì)算公式為:式中F試驗(yàn)力，； S球面壓痕表面積，mm ； D壓頭直徑，mm； d壓痕平均直徑，mm。 布氏硬度值是用球面壓痕單位面積上所承受的平均（2）表示方法 布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓頭直徑、試驗(yàn)力和試驗(yàn)力保持時(shí)間表示。（3）特點(diǎn)及應(yīng)用范圍 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/

30、T231.12009規(guī)定的布氏硬度試驗(yàn)范圍上限為650HBW。主要用于測定鑄鐵、有色金屬和退火、正火、調(diào)質(zhì)處理后的各種軟鋼等硬度較低的材料。（2）表示方法 布氏硬度用硬度值、硬度符號(hào)、壓1.洛氏硬度 （1）試驗(yàn)原理 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，洛氏硬度試驗(yàn)是將錐角為120的金剛石圓錐壓頭或直徑為15875mm(或3.175mm) 的硬質(zhì)合金球分兩個(gè)步驟壓入試樣表面。經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后，卸除主試驗(yàn)力，測量在初試驗(yàn)力下的殘余壓痕深度來確定洛氏硬度值，用符號(hào)HR表示。1.洛氏硬度 （1）試驗(yàn)原理 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，洛 其試驗(yàn)方法如圖所示，施加初試驗(yàn)力F0，入深度為 ，頭處于11的位置。再施加主試驗(yàn)力F1，在總試驗(yàn)力(F

31、0+ F1) 的作用下，壓頭壓入深度為h2，壓頭處于22的位置，保持規(guī)定時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力F1 ，保持初試驗(yàn)力F0。由于金屬彈性變形的回復(fù)，使壓頭回升到33的位置，此時(shí)壓頭壓入深度為h3，將h3與h1之差稱為殘余壓痕深度h。洛氏硬度試驗(yàn)原理圖 其試驗(yàn)方法如圖所示，施加初試驗(yàn)力F0，入深度 殘余壓痕深度越大,測試樣的硬度越低,常可根據(jù)h及常數(shù)N和S來計(jì)算洛氏硬度，其計(jì)算公式為:式中N給定標(biāo)尺的硬度數(shù)(洛氏硬度、 標(biāo)尺 為100)； h殘余壓痕深度，； S給定標(biāo)尺的單位， (洛氏硬度、 標(biāo) 尺為0.002mm)。 洛氏硬度無單位，試驗(yàn)時(shí)，硬度值可直接從如圖所示的洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)的表盤上讀出。洛氏硬度

32、試驗(yàn)機(jī)的表盤 殘余壓痕深度越大,測試樣的硬度越低,?？筛鶕?jù)h（2）表示方法 為了適應(yīng)不同材料的硬度測定需要，洛氏硬度試驗(yàn)機(jī)采用不同的壓頭和載荷來對(duì)應(yīng)不同的硬度標(biāo)尺。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 230.12009規(guī)定了、 標(biāo)尺，不同標(biāo)尺的洛氏硬度值彼此之間沒有直接的換算關(guān)系。標(biāo)注時(shí)，將測定的硬度值寫在洛氏硬度符號(hào)的前面，洛氏標(biāo)尺符號(hào)寫在洛氏硬度符號(hào)的后面；當(dāng)使用硬質(zhì)合金球壓頭時(shí)，在最后面加；若使用淬火鋼球，在最后面加。如60HRC表示用“”標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為60。（2）表示方法 為了適應(yīng)不同材料的硬度測定需要 洛氏硬度試驗(yàn)是生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗(yàn)方法，常用的洛氏硬度標(biāo)尺有、 三種。其中標(biāo)尺應(yīng)用最

33、廣泛，常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍見下表。 常用的三種洛氏硬度標(biāo)尺的試驗(yàn)條件和適用范圍 洛氏硬度試驗(yàn)是生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種硬度試驗(yàn)方（3）特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 洛氏硬度試驗(yàn)操作簡單、迅速，可直接從表盤上讀出硬度值；試驗(yàn)壓痕小，對(duì)試樣表面損傷小，可以測定成品和較薄工件的硬度； 測試的硬度值范圍大，應(yīng)用廣泛，尤其是經(jīng)過淬火處理的零件，常用洛氏硬度機(jī)進(jìn)行測試。但由于壓痕小，當(dāng)材料內(nèi)部組織不均勻時(shí)，測量值的代表性差，通常需在不同的部位測試多次，取讀數(shù)的平均值作為被測材料的硬度值。（3）特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 洛氏硬度試驗(yàn)操作簡單、迅3.維氏硬度 （1）試驗(yàn)原理 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 維氏硬度試驗(yàn)是將頂部兩相

34、對(duì)面具有規(guī)定角度（136）的正四棱錐體金剛石壓頭用一定試驗(yàn)力壓入試樣表面，保持規(guī)定時(shí)間后卸除試驗(yàn)力， 測量試樣表面壓痕對(duì)角線長度來計(jì)算其硬度值，如圖所示。維氏硬度試驗(yàn)原理圖3.維氏硬度 （1）試驗(yàn)原理 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 維氏硬度值是用正四棱錐形壓痕單位面積上所承受的平均壓力來表示的，用符號(hào)HV表示，其計(jì)算公式為:式中試驗(yàn)力，； 壓痕兩條對(duì)角線長度的算術(shù)平均值，mm。 維氏硬度值是用正四棱錐形壓痕單位面積上所承受（2）表示方法 維氏硬度的表示方法與布氏硬度相同，在維氏硬度符號(hào)HV前面的數(shù)值為硬度值，后面為試驗(yàn)力值。標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)保持時(shí)間為1015s，如果選用的時(shí)間超出這一范圍，在試驗(yàn)力值后面還要注上保

35、持時(shí)間。例如，600HV30表示采用294.2N（30kgf）的試驗(yàn)力，保持時(shí)間1015s時(shí)測定的硬度值為600.（2）表示方法 維氏硬度的表示方法與布氏硬度相（3）特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 維氏硬度試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)在于其硬度值與試驗(yàn)力的大小無關(guān)，只要是硬度均勻的材料，可以任意選擇試驗(yàn)力，其硬度值不變，這就相當(dāng)于在一個(gè)很寬的硬度范圍內(nèi)具有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)尺。但是維氏硬度試驗(yàn)效率低。 對(duì)于試樣的表面質(zhì)量要求較高， 通常需要制作專門的試樣，操作麻煩費(fèi)時(shí)，通常只在實(shí)驗(yàn)室中使用。（3）特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 維氏硬度試驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)在提示：強(qiáng)度、剛度、硬度的區(qū)別 強(qiáng)度是抵抗破壞的能力，強(qiáng)調(diào)的是可靠性， 即零件本身的承載能力，它

36、是機(jī)械零件首先應(yīng)滿足的基本要求。 剛度是抵抗彈性變形的能力， 即彈性變形的難易程度，如機(jī)床主軸在受力時(shí)不能產(chǎn)生變形等。 硬度是衡量材料軟硬程度的一種指標(biāo)。強(qiáng)調(diào)的是侵入和反侵入的能力， 即抵抗塑性變形的能力。硬度越高，材料的耐磨性越好。如機(jī)械制造業(yè)中所用的刀具、量具、模具都應(yīng)具備足夠的硬度。提示：強(qiáng)度、剛度、硬度的區(qū)別三、沖擊韌性 沖擊韌性是指金屬材料在斷裂時(shí)吸收變形能量的能力。沖擊載荷比靜載荷的破壞性要大得多。因此， 需要對(duì)金屬材料制定沖擊載荷下的性能指標(biāo)。金屬材料的韌性大小常用吸收能量 來衡量，而金屬材料的吸收能量通常采用夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法來測定。三、沖擊韌性 沖擊韌性是指金屬材料在斷裂時(shí)

37、吸收1.夏比擺錘沖擊試驗(yàn)原理 如圖所示，將規(guī)定幾何形狀的缺口試樣置于試驗(yàn)機(jī)兩支座之間， 缺口背向打擊面放置，用擺錘一次打擊試樣， 通過測定試樣的吸收能量來確定材料韌性指標(biāo)。 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)原理) 沖擊試驗(yàn)機(jī) ) 試樣 ) 試驗(yàn)原理1.夏比擺錘沖擊試驗(yàn)原理 如圖所示，將規(guī)定幾何2.夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定， 夏比擺錘沖擊試樣有 型缺口和 型缺口兩種。標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣是長度為55mm、橫截面為10mm10mm的方形，如圖所示。 夏比擺錘沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)試樣 ) 型標(biāo)準(zhǔn)試樣 ) 型標(biāo)準(zhǔn)試樣2.夏比擺錘沖擊試驗(yàn)方法 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定， 夏3.吸收能量與試驗(yàn)溫度的關(guān)系 在進(jìn)行不同溫度的一系列沖擊試驗(yàn)

38、時(shí)，隨溫度的降低，吸收能量總的變化趨勢是降低的。這說明金屬材料的吸收能量 與試驗(yàn)溫度 有著密切的關(guān)系， 如圖所示。 曲線一般包括高吸收能區(qū)、過渡區(qū)和低吸收能區(qū)三部分。 吸收能量與溫度的關(guān)系曲線3.吸收能量與試驗(yàn)溫度的關(guān)系 在進(jìn)行不同溫度的四、疲勞強(qiáng)度 循環(huán)應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)變是指應(yīng)力或應(yīng)變的大小、方向都隨時(shí)間發(fā)生周期性的變化，常見的循環(huán)應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，即最大值Smax 和最小值Smin 的絕對(duì)值相等， 如圖所示。對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力1.疲勞現(xiàn)象四、疲勞強(qiáng)度 循環(huán)應(yīng)力和循環(huán)應(yīng)變是指應(yīng)力或應(yīng)變 在日常生產(chǎn)中， 大多數(shù)零件工作時(shí)所承受的實(shí)際應(yīng)力雖然低于所選材料的屈服強(qiáng)度。但零件在這種循環(huán)應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定

39、時(shí)間的工作后會(huì)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂， 金屬的這種斷裂現(xiàn)象稱為疲勞斷裂。疲勞斷口 在日常生產(chǎn)中， 大多數(shù)零件工作時(shí)所承受的實(shí)際2.疲勞強(qiáng)度 金屬材料的疲勞強(qiáng)度是在疲勞試驗(yàn)機(jī)上測定的。 實(shí)踐證明， 金屬材料所受交變應(yīng)力S與其斷裂前所能經(jīng)受的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之間有如圖所示的曲線關(guān)系。 這條SN曲線稱為應(yīng)力壽命曲線。SN 曲線2.疲勞強(qiáng)度 金屬材料的疲勞強(qiáng)度是在疲勞試驗(yàn)機(jī) 第六節(jié)金屬材料的物理、 化學(xué)和工藝性能 第六節(jié)金屬材料的物理、一、金屬材料的物理性能1.密度2.熔點(diǎn)3.熱膨脹性4.導(dǎo)熱性5.導(dǎo)電性6.磁性一、金屬材料的物理性能1.密度二、金屬材料的化學(xué)性能1.耐腐蝕性2.抗氧化性3.化學(xué)穩(wěn)定性二

40、、金屬材料的化學(xué)性能1.耐腐蝕性三、金屬材料的工藝性能1.鑄造性能2.鍛壓性能3.焊接性能4.切削加工性能5.熱處理性能三、金屬材料的工藝性能1.鑄造性能提示：金屬材料的加工硬化 金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高、塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為加工硬化(又稱冷作硬化)。提示：金屬材料的加工硬化第二章 鐵碳合金第一節(jié)鐵碳合金的基本組織第二節(jié) 鐵碳合金相圖第三節(jié) 碳素鋼第二章 鐵碳合金第一節(jié)鐵碳合金的基本組織 所謂鐵碳合金，是指由鐵和碳兩種元素為主組成的合金，即以鐵和碳為組元的二元合金。如鋼和鑄鐵都是鐵碳合金。 所謂鐵碳合金，是指由鐵和碳兩種元素為主組成的第一節(jié)鐵碳合金的基本組織第一節(jié)鐵

41、碳合金的基本組織一、鐵素體 在Fe 中溶入一種或多種溶質(zhì)元素構(gòu)成的固溶體稱為鐵素體， 用符號(hào)“” 表示。 鐵素體仍保持Fe 的體心立方晶格,碳原子在鐵素體中的位置如圖所示 。在顯微鏡下觀察，鐵素體呈明亮的多邊形晶粒。 鐵素體晶胞 鐵素體的顯微組織一、鐵素體 在Fe 中溶入一種或多種溶質(zhì)元 在Fe中溶入碳和(或) 其他元素構(gòu)成的固溶體稱為奧氏體, 用符號(hào)“” 表示。 奧氏體仍保持Fe的面心立方晶格，碳原子在奧氏體中的位置如圖所示。奧氏體的顯微組織呈多邊形晶粒狀態(tài)，但晶界比鐵素體的晶界平直。二、奧氏體 奧氏體晶胞 奧氏體的顯微組織 在Fe中溶入碳和(或) 其他元素構(gòu)成的固三、滲碳體 滲碳體是指晶體

42、結(jié)構(gòu)屬于正交系， 化學(xué)式為近似Fe3C 的間隙化合物，是鋼和鑄鐵中常見的固相。 滲碳體的晶格形式與鐵和碳都不一樣，是復(fù)雜的晶格類型， 如圖所示。 滲碳體晶胞三、滲碳體 滲碳體是指晶體結(jié)構(gòu)屬于正交系， 化四、珠光體 珠光體是指由鐵素體薄層與碳化物薄層(片) 交替重疊組成的共析組織。珠光體是奧氏體從高溫緩慢冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的組織。常見的珠光體是鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復(fù)相組織， 也是鐵素體和滲碳體(硬相) 組成的機(jī)械混合物，常用符號(hào)“” 表示。四、珠光體 珠光體是指由鐵素體薄層與碳化物薄層五、萊氏體 萊氏體是指鑄鐵或高碳高合金鋼中由奧氏體(或其轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物) 與碳化物(包括滲碳體

43、) 組成的共晶組織，萊氏體的含碳量wc=43%，常用符號(hào)“Ld” 表示。低溫萊氏體的顯微組織五、萊氏體 萊氏體是指鑄鐵或高碳高合金鋼中由奧第二節(jié)鐵碳合金相圖第二節(jié)鐵碳合金相圖 鐵碳合金相圖是表示鐵碳合金在極緩慢冷卻(或緩慢加熱) 條件下， 不同化學(xué)成分的鐵碳合金在不同溫度下所具有的組織狀態(tài)的一種圖形。 鐵碳合金相圖是表示鐵碳合金在極緩慢冷卻(或緩一、簡化的鐵碳合金相圖 簡化的鐵碳合金相圖一、簡化的鐵碳合金相圖 簡化的鐵碳合金相圖二、FeFe3C相圖的分析1.主要特性點(diǎn)FeFe3C相圖中主要特性點(diǎn)的溫度、含碳量及其含義二、FeFe3C相圖的分析1.主要特性點(diǎn)FeFe3C相圖2.主要特性線 FeF

44、e3C相圖中主要特性線的含義2.主要特性線 FeFe3C3.主要相區(qū)及組織 FeFe3C相圖中主要相區(qū)和組織3.主要相區(qū)及組織 FeFe提示：鐵碳合金相圖記憶口訣溫度成分建坐標(biāo)， 鐵碳二元要記牢。兩平三垂標(biāo)特點(diǎn)，九星閃耀五弧交。共晶共析液固線， 十二面里組織標(biāo)。基本組織先標(biāo)好， 相間組織共逍遙。分析成分?jǐn)嘟M織，鑄鍛處理離不了。提示：鐵碳合金相圖記憶口訣三、鐵碳合金的分類鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三類。 鐵碳合金的分類和室溫平衡組織三、鐵碳合金的分類鐵碳合金可分為工業(yè)純鐵、鋼和白口鑄鐵三類。四、含碳量對(duì)鐵碳合金的影響 鐵碳合金的室溫平衡組織是由鐵素體和滲碳體兩相組成的，其中鐵素體是含碳

45、極少的固溶體，是鋼中的軟韌性相， 滲碳體是硬而脆的金屬化合物，是鋼中的強(qiáng)化相。碳是決定鐵碳合金組織和性能最主要的元素。 含碳量對(duì)鋼力學(xué)性能的影響四、含碳量對(duì)鐵碳合金的影響 鐵碳合金的室溫平衡五、 FeFe3C相圖的應(yīng)用 FeFe3C相圖揭示了鐵碳合金的組織隨成分變化的規(guī)律， 根據(jù)組織可以大致判斷出力學(xué)性能， 以便于合理地選擇材料。鐵碳合金相圖與熱加工的關(guān)系五、 FeFe3C相圖的應(yīng)用 FeFe3第三節(jié)碳素鋼第三節(jié)碳素鋼 以鐵為主要元素 且在冶煉時(shí)沒有特意加入其他合金元素的鐵碳合金稱為碳素鋼，簡稱碳鋼，又稱非合金鋼。 以鐵為主要元素 一、常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響1.錳的影響2.硅的影響3.硫的

46、影響4.磷的影響一、常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響1.錳的影響 總之，鋼中錳、硅是有益的元素，允許一定的含量，而硫、磷、氫等是有害的元素，應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。但是，在易切鋼中適當(dāng)提高硫、磷的含量，使切屑易斷， 可改善切削加工性能。 總之，鋼中錳、硅是有益的元素，允許一定的二、碳素鋼的分類1.按鋼中含碳量分（1） 低碳鋼: wc 0.25%。（2）中碳鋼: 0.25%0.6%。二、碳素鋼的分類1.按鋼中含碳量分（1） 低碳鋼: wc 2.按鋼的質(zhì)量分（1）普通質(zhì)量鋼（2）優(yōu)質(zhì)鋼（3）特殊質(zhì)量鋼3.按鋼的用途分（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼（2）碳素工具鋼2.按鋼的質(zhì)量分（1）普通質(zhì)量鋼3.按鋼的用途分（1）碳素結(jié)4

47、.按鋼的脫氧方法分（1）沸騰鋼（2）鎮(zhèn)靜鋼（3）特殊鎮(zhèn)靜鋼5.其他分類方法4.按鋼的脫氧方法分（1）沸騰鋼5.其他分類方法三、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能和用途 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào) 個(gè)部分按順序組成。 其中屈服強(qiáng)度的字母用“” 表示，質(zhì)量等級(jí)分為 個(gè)等級(jí)，分別用“、” 表示，質(zhì)量依次提高。脫氧方法用“” 表示沸騰鋼， 用“” 表示鎮(zhèn)靜鋼， 用“TZ” 表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。在牌號(hào)組成表示方法中，符號(hào)“” 與“TZ”可以省略。三、碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能和用途 現(xiàn)行國家標(biāo) 例如， Q235AF表示屈服強(qiáng)度為235MPa的 級(jí)沸騰碳素

48、結(jié)構(gòu)鋼,，如圖所示。 碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示方法 例如， Q235AF表示屈服強(qiáng)度為235MP 碳素結(jié)構(gòu)鋼通常軋制成各種型材、板材和焊接鋼管等，多用于制作要求不高的機(jī)械零件和一般結(jié)構(gòu)件， 如螺釘、螺母、墊圈、地腳螺釘、法蘭和不太重要的軸、拉桿等。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分和力學(xué)性能見下表。 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分和力學(xué)性能 碳素結(jié)構(gòu)鋼通常軋制成各種型材、板材和焊接鋼電子課件模具材料與熱處理(第二版)四、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能和用途 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。若為沸騰鋼，在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)后面加符號(hào)“”。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)含錳量的不同，分

49、為普通含錳量鋼和較高含錳量鋼兩種。 現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)將優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按冶金質(zhì)量分為優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。其中，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼的牌號(hào)后面加符號(hào)“”，特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼的牌號(hào)后面加符號(hào)“”。四、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能和用途 優(yōu)質(zhì)碳素五、碳素工具鋼的牌號(hào)、性能和用途 碳素工具鋼是指主要用于制造刀具和模具的鋼。 碳素工具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分和淬火硬度五、碳素工具鋼的牌號(hào)、性能和用途 碳素工具鋼是指主要用于制電子課件模具材料與熱處理(第二版)六、鑄造碳鋼的牌號(hào)、性能和用途 鑄造碳鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分及力學(xué)性能六、鑄造碳鋼的牌號(hào)、性能和用途 鑄 鑄造碳鋼的主要特點(diǎn)和用途 鑄造碳鋼的第三章 鋼的熱處理第一

50、節(jié)鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié) 熱處理的基本方法第三節(jié) 鋼的表面熱處理第三章 鋼的熱處理第一節(jié)鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 熱處理是指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝方法。 熱處理是指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行第一節(jié)鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第一節(jié)鋼在加熱及冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 熱處理工藝過程由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成，并可用熱處理工藝曲線來表示，如圖所示。 熱處理的分類 熱處理工藝過程由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成 鋼的熱處理依據(jù)的是鐵碳合金相圖，基本原理是利用鋼在加熱和冷卻時(shí)其內(nèi)部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變的基本規(guī)律。 鋼的熱處理依據(jù)的是鐵碳

51、合金相圖，基本原理是利常用熱處理工藝分類如圖所示: 熱處理工藝曲線常用熱處理工藝分類如圖所示: 熱處理工一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.鋼在加熱或冷卻時(shí)的相變溫度 金屬材料在加熱或冷卻過程中發(fā)生相變的溫度稱為臨界點(diǎn)(相變點(diǎn))。 鋼的臨界點(diǎn)是制定熱處理工藝參數(shù)的重要依據(jù)，常用鋼的臨界點(diǎn)溫度可查熱處理手冊(cè)。一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.鋼在加熱或冷卻時(shí)的相變溫度 鋼在加熱或冷卻時(shí)的臨界點(diǎn) 鋼在加熱或冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)2.奧氏體的形成 試驗(yàn)和研究結(jié)果證明，奧氏體的形成是通過形核和晶核長大兩個(gè)過程來實(shí)現(xiàn)的。珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變分為四個(gè)階段，即奧氏體晶核形成、奧氏體晶核長大、剩余滲碳體繼續(xù)溶解和奧氏體化學(xué)成分均勻

52、化。 共析鋼的奧氏體形成過程2.奧氏體的形成 試驗(yàn)和研究結(jié)果證明，奧氏體的3.奧氏體晶粒長大及其控制措施 為控制奧氏體晶粒長大，必須制定合理的熱處理工藝，即合理選擇加熱溫度、保溫時(shí)間和加熱速度等。3.奧氏體晶粒長大及其控制措施 為控制奧氏體晶二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.冷卻方式 在熱處理工藝中，常采用等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種冷卻方式。 等溫冷卻曲線和連續(xù)冷卻曲線二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.冷卻方式 在熱處理2.過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變（1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2.過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變（1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立 共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線 共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線（2）過

53、冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物和性能共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（2）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物和性能共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變3.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻時(shí)過冷奧氏體發(fā)生的轉(zhuǎn)變。共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變分析3.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體的連續(xù)第二節(jié)熱處理的基本方法第二節(jié)熱處理的基本方法一、退火和正火1.退火 退火是指將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以達(dá)到改善組織及提高加工性能的一種熱處理工藝。其主要目的是消除材料的內(nèi)應(yīng)力，降低材料的硬度，提高其塑性， 細(xì)化材料的組織， 均勻其化學(xué)成分。一、退火

54、和正火1.退火 退火是指將工件加熱到適當(dāng) 常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火等。 常用退火工藝加熱溫度范圍 常用退火工藝曲線 常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化2.正火 正火是指將工件加熱奧氏體化后，在空氣中或其他介質(zhì)中冷卻，獲得以珠光體組織為主的熱處理工藝。2.正火 正火是指將工件加熱奧氏體化后，在空提示：正火與退火的區(qū)別 正火與退火的主要區(qū)別在于冷卻速度不同，正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火獲得的珠光體組織要比退火更細(xì)一些，其力學(xué)性能也有所提高。 另外，正火采用爐外冷卻，不占用設(shè)備，生產(chǎn)效率較高，因此，生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。提示：正火與

55、退火的區(qū)別二、淬火 淬火是指將工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻， 獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。 其目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變， 得到馬氏體或貝氏體組織，并與回火工藝合理配合， 提高鋼鐵材料的剛度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和韌性等，以獲得所需要的使用性能。二、淬火 淬火是指將工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)1.淬火加熱溫度的選擇非合金鋼淬火加熱溫度范圍1.淬火加熱溫度的選擇非合金鋼淬火加熱溫度范圍 非合金鋼淬火加熱溫度的選擇和原因 非合金鋼淬火加熱溫度的選擇2.淬火冷卻介質(zhì)的選擇理想淬火冷卻介質(zhì)的冷卻曲線 工件淬火冷卻時(shí)所用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)。2.淬火冷卻介質(zhì)的選擇理想淬火冷卻介

56、質(zhì)的冷卻曲線 工件淬 常用淬火冷卻介質(zhì)的特點(diǎn)和應(yīng)用 常用淬火冷卻介質(zhì)的特點(diǎn)3.常用的淬火方法 常用的淬火方法有單液淬火、雙介質(zhì)淬火(雙液淬火)、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火。常用淬火方法的工藝?yán)鋮s曲線3.常用的淬火方法 常用的淬火方法有單液淬火4.淬透性與淬硬性 淬透性是評(píng)定鋼淬火性能的一個(gè)重要指標(biāo)，它對(duì)鋼材的選擇及熱處理工藝的制定具有十分重要的意義。淬透性是指以在規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布來表征的材料特性， 換句話說，淬透性是指鋼淬火時(shí)獲得馬氏體組織深度的能力， 它是鋼材的一種屬性。4.淬透性與淬硬性 淬透性是評(píng)定鋼淬火性能的一5.淬火缺陷 工件在淬火加熱及冷卻過程中，由于加熱溫度

57、高，冷卻速度快，很容易產(chǎn)生某些缺陷。 常見淬火缺陷產(chǎn)生的原因及防和措施5.淬火缺陷 工件在淬火加熱及冷卻過程中，由于加電子課件模具材料與熱處理(第二版)電子課件模具材料與熱處理(第二版)三、回火 回火是指將工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 其目的如下: 第一，消除工件淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。 第二，調(diào)整和穩(wěn)定組織，以保證工件不再發(fā)生形狀和尺寸的變化。 第三， 調(diào)整工件的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，以獲得不同需要的力學(xué)性能。三、回火 回火是指將工件淬硬后加熱到AC1以下1.回火過程和組織轉(zhuǎn)變 回火實(shí)質(zhì)上是采用加熱手段(在一定溫度范圍內(nèi))，

58、使處于亞穩(wěn)定狀態(tài)的淬火組織較快地轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定的回火組織的工藝過程。試驗(yàn)證明， 淬火碳鋼回火過程中的組織轉(zhuǎn)變對(duì)于各種鋼來說都有代表性， 其過程包含馬氏體分解、殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變、碳化物的轉(zhuǎn)變、滲碳體的聚集長大與鐵素體再結(jié)晶四個(gè)階段。1.回火過程和組織轉(zhuǎn)變 回火實(shí)質(zhì)上是采用加熱2.回火后的力學(xué)性能 一般隨回火溫度的升高， 鋼的強(qiáng)度、硬度降低，而塑性、韌性提高。40鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系2.回火后的力學(xué)性能 一般隨回火溫度的升高， 3.回火脆性 實(shí)踐證明，淬火鋼回火時(shí)，一般隨回火溫度的升高， 鋼的強(qiáng)度、硬度降低，而塑性、韌性提高。（1）不可逆回火脆性（2）可逆回火脆性3.回火脆性 實(shí)踐證明，淬

59、火鋼回火時(shí)，一般隨回4.回火方法和應(yīng)用根據(jù)工件回火時(shí)加熱溫度的不同， 可將回火分為：（1）低溫回火（2）中溫回火（3）高溫回火4.回火方法和應(yīng)用根據(jù)工件回火時(shí)加熱溫度的不同， 可將回火分提示： 調(diào)質(zhì)處理 鋼件淬火加高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)處理，它主要用于處理各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。工件經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后， 不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度， 而且塑性和韌性也明顯比正火處理的好。 因此，一些重要的鋼制零件一般都采用調(diào)質(zhì)處理，而不采用正火。 調(diào)質(zhì)處理一般作為工件的最終熱處理， 但由于調(diào)質(zhì)處理后鋼的硬度不太高， 便于切削加工， 并能得到較好的表面質(zhì)量，故也常作為表面淬火和

60、化學(xué)熱處理的預(yù)備熱處理。提示： 第三節(jié)鋼的表面熱處理第三節(jié)鋼的表面熱處理 表面熱處理是指為改變工件表面的組織和性能， 僅對(duì)其表面進(jìn)行熱處理的工藝。以達(dá)到零件“外硬內(nèi)韌” 的性能要求。 表面熱處理是指為改變工件表面的組織和性能， 一、表面淬火 表面淬火是指僅對(duì)工件表層進(jìn)行淬火的熱處理工藝。其目的是使工件表面獲得高的硬度和耐磨性， 而心部保持較好的塑性和韌性， 以延長零件在扭轉(zhuǎn)、彎曲、循環(huán)應(yīng)力或在摩擦、沖擊、接觸應(yīng)力等工作條件下的使用壽命，是最常用的表面熱處理工藝之一。 在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是感應(yīng)淬火和火焰淬火。一、表面淬火 表面淬火是指僅對(duì)工件表層進(jìn)行淬火1.感應(yīng)淬火 利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)